Mais barato, Uma maneira mais limpa e sustentável de fazer hidrogênio combustível a partir da água usando a luz solar está cada vez mais perto graças a uma nova pesquisa do Centro de Tecnologias Químicas Sustentáveis ​​da Universidade de Bath.

Com a pressão sobre os líderes globais para reduzir as emissões de carbono significativamente para resolver uma emergência de mudança climática, há uma necessidade urgente de desenvolver alternativas energéticas mais limpas à queima de combustíveis fósseis. O hidrogênio é um combustível alternativo com emissão zero de carbono que pode ser usado para mover carros, produzindo apenas água como um produto residual.

Pode ser feito dividindo a água em hidrogênio e oxigênio, no entanto, o processo requer grandes quantidades de eletricidade. A maior parte da eletricidade é produzida pela queima de metano, então os pesquisadores da Universidade de Bath estão desenvolvendo novas células solares que usam a energia da luz diretamente para dividir a água.

A maioria das células solares atualmente no mercado é feita de silício, no entanto, eles são caros de fazer e requerem uma grande quantidade de silício muito puro para serem fabricados. Eles também são bastante grossos e pesados, o que limita suas aplicações.

Células solares perovskita, usando materiais com a mesma estrutura 3-D do óxido de titânio e cálcio, são mais baratos de fazer, mais fino e pode ser facilmente impresso em superfícies. Eles também funcionam em condições de pouca luz e podem produzir uma voltagem mais alta do que as células de silício, o que significa que podem ser usados ​​em ambientes internos para alimentar dispositivos sem a necessidade de conectá-los à rede elétrica.

A desvantagem é que eles são instáveis ​​na água, o que representa um grande obstáculo em seu desenvolvimento e também limita seu uso para a geração direta de combustíveis de hidrogênio limpos.

A equipe de cientistas e engenheiros químicos, do Centro de Tecnologias Químicas Sustentáveis ​​da University of Bath, resolveu esse problema usando um revestimento à prova d'água de grafite, o material usado em grafites de lápis.

Eles testaram a impermeabilização submergindo as células revestidas de perovskita em água e usando a energia solar coletada para dividir a água em hidrogênio e oxigênio. As células revestidas trabalharam sob a água por 30 horas - dez horas a mais do que o recorde anterior.

Após este período, a cola que imprensava o revestimento nas células falhou; os cientistas prevêem que o uso de uma cola mais forte pode estabilizar as células por ainda mais tempo.

Anteriormente, ligas contendo índio foram usadas para proteger as células solares para separação de água, entretanto, o índio é um metal raro e, portanto, caro e o processo de mineração para obtê-lo não é sustentável.

Em vez disso, a equipe da Bath usou grafite disponível comercialmente, que é muito barato e muito mais sustentável do que o índio.

Dra. Petra Cameron, Palestrante Sênior em Química, disse:"A tecnologia de célula solar perovskita pode tornar a energia solar muito mais acessível para as pessoas e permitir que as células solares sejam impressas nas telhas. No entanto, no momento, elas são realmente instáveis ​​na água - as células solares não são muito úteis se se dissolvem na chuva ! '

"Desenvolvemos um revestimento que pode efetivamente impermeabilizar as células para uma variedade de aplicações. O mais interessante sobre isso é que usamos grafite disponível comercialmente, que é muito mais barato e sustentável do que os materiais experimentados anteriormente. "

As células solares de perovskita produzem uma voltagem mais alta do que as células à base de silício, mas ainda não é necessário o suficiente para dividir a água usando apenas células solares. Para resolver este desafio, a equipe está adicionando catalisadores para reduzir a necessidade de energia necessária para conduzir a reação.

Isabella Poli, Marie Curie FIRE Fellow e Ph.D. estudante do Centro de Tecnologias Químicas Sustentáveis, disse:"Atualmente, o combustível de hidrogênio é feito pela queima de metano, que não é limpo nem sustentável.

"Mas esperamos que no futuro possamos criar combustíveis limpos de hidrogênio e oxigênio a partir da energia solar usando células de perovskita."

O estudo está publicado na revista de acesso aberto Nature Communications .